استفاده از زئولیت در تصفیه آب آشامیدنی و فاضلاب‌ها به دلیل منابع محدود آبی جهت تامین آب آشامیدنی و اثرات نامطلوب فاضلاب‌ها بر محیط زیست مورد توجه قرار گرفته است. واتک در این مقاله، به آشنایی با زئولیت و کاربردهای مختلف آن در صنعت تصفیه آب و فاضلاب می‌پردازد.
زئولیت طبیعی یک فیلتر طبیعی جدید و بسیار خوب برای تصفیه آب است. این سیستم از فیلترهای ماسه‌ای و کربنی عملکرد بهتری دارد و آب خالص‌تری تولید می‌کند که مزایای زیادی نسبت به ماسه دارد و می‌توان از آن به عنوان جایگزین مستقیم ماسه در فیلتر ماسه معمولی استفاده کرد.
زئولیت‌های طبیعی آلومینوسیلیکات‌های هیدراته قابل قبول از نظر اقتصادی و زیست محیطی با خاصیت تبادل یونی و جذب استثنایی است. اثربخشی آنها در فرآیندهای مختلف تکنولوژیکی بستگی به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آنها بسته به رسوبات زمین‌شناسی آنها دارد. ساختار متخلخل سه بعدی زئولیت‌های طبیعی کاربردهای مختلفی را برای آنها ایجاد می‌کند.
به دلیل وجود بار بیش از حد روی سطح زئولیت ناشی از جایگزینی ایزومورفیک سیلیکون با آلومینیوم در واحدهای ساختاری اولیه، زئولیت‌های طبیعی به گروه مبدل‌های کاتیونی تعلق دارند.
مطالعات بیشماری عملکرد عالی آنها را در حذف کاتیون‌های فلزی از فاضلاب‌ها تایید کرده است.
زئولیت‌ها را می‌توان به صورت شیمیایی با نمک‌های معدنی یا سورفکتانت‌های آلی اصلاح کرد که روی سطح جذب و منجر به تولید اکسی- هیدروکسیدهای با بار مثبت یا میسل‌های سورفاکتانت می‌شوند و در نتیجه زئولیت قادر است به آنیونها مانند آرسنات‌ها یا کرومات‌ها در ترکیبات پایدار یا با پایداری کمتر متصل شود.
زئولیت‌های طبیعی نسبت به سایر مواد تبادل کاتیونی معمول مانند رزین‌های آلی مزایایی دارند زیرا ارزان است و قابلیت گزینش کاتیون‌های مختلف را در دماهای پایین دارند که کاتیون‌های قابل تعویض غیر سمی (K +، +Na، Ca2 و Mg2) را در محیط آزاد و امکان نگهداری ساده و ارزان را در کاربردهای بزرگ مقیاس فراهم می‌کنند.
بازده تصفیه آب با استفاده از زئولیت‌های طبیعی و اصلاح شده بستگی به نوع و میزان زئولیت استفاده شده، توزیع اندازه ذرات زئولیت، غلظت اولیه آلاینده‌ها (کاتیون / آنیون)، مقدار pH محلول، قدرت یونی محلول، دما، فشار، زمان تماس سیستم زئولیت/ محلول و حضور سایر ترکیبات آلی و آنیونها دارد.
برای تصفیه آب با زئولیت‌های طبیعی از روش‌های استاندارد استفاده می‌شود که معمولا فرایند ستونی یا دسته‌ای است.
خاصیت تبادل یونی و جذب زئولیت‌های طبیعی در مقایسه با سایر فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی از مزایای حذف ناخالصی‌ها حتی در غلظت‌های نسبتا کم و حفظ شیمی آب در صورت استفاده از فرآیند ستونی را فراهم می‌آورد.
استفاده از زئولیت‌های طبیعی در تصفیه فاضلاب یکی از قدیمی‌ترین حوزه‌های استفاده از آنها است. وجود فلزات سنگین (روی، سرب، کادمیوم، مس، منگنز، آهن و غیره) در فاضلاب یک مشکل جدی زیست محیطی است و حذف آنها توسط زئولیت‌های طبیعی بطور گسترده در کنار سایر فناوری‌ها از جمله رسوب شیمیایی، تبادل یونی، جذب، فیلتراسیون غشایی، لخته‌سازی انعقادی، شناورسازی و روش‌های الکتروشیمیایی مورد مطالعه قرار گرفته است.
زئولیت‌های طبیعی مختلف در سراسر جهان ظرفیت‌های تبادل یونی خوبی برای کاتیون‌ها مانند آمونیوم و یون‌های فلزات سنگین را دارند. زئولیت‌های طبیعی را می‌توان با روش‌های مختلفی از قبیل اسیدشویی، تبادل یونی و سورفکتانت اصلاح کرد. زئولیت‌های اصلاح شده ظرفیت جذب بالایی برای مواد آلی و آنیونها نشان می‌دهند.
زئولیت‌های طبیعی برای از بین بردن همزمان آمونیاک و هیومیک اسید، دو مورد از آلاینده‌های موجود در حال حاضر، از آب‌های سطحی مورد استفاده قرار می‌گیرند. حذف آنها بستگی به مقدار pH، غلظت اولیه هیومیک اسید و آمونیاک، دما و زمان تماس دارد.
بهترین عملکرد زئولیت برای از بین بردن همزمان آمونیاک و اسید هیومیک در pH های نزدیک به آب‌های طبیعی است. از زئولیت‌های طبیعی و اصلاح شده برای حذف همزمان یون‌های آهن و منگنز از نمونه‌های آب زیرزمینی استفاده می‌شود. میزان سطح حذف آهن و منگنز توسط زئولیت طبیعی-کلینوپتیلولیت، ۲۲-۹۰ درصد و ۶۱-۱۰۰ درصد است.
روش‌های معمول مختلفی برای حذف آلاینده‌ها از آب آشامیدنی مانند انعقاد، تصفیه، فرآیندهای غشایی و تبادل یونی استفاده می‌شود. روش‌های جذب از نظر اقتصادی و کارایی و ساخت آسان موثر است.
خاصیت بسیار منحصر به فرد زئولیت‌های طبیعی انتخابی بودن آنها نسبت به کاتیون است. نتایج آزمایش‌های جذب به خصوص در زئولیت‌های اصلاح شده با توجه به این واقعیت که سیستم کلینوپتیلولیت-آهن ارزان، سنتزی و قابل احیا و بازیابی، بی ضرر برای انسان و موجودات زنده و محیط زیست است، آن را بسیار مناسب برای جاذب انتخابی فلزی می‌نماید.
فناوری استفاده از هیدروکسید آهن/ آلومینیوم برای حذف آرسنیک از آب اثبات شده است. روش جایگزین برای افزایش کارایی، استفاده از جاذب‌های دانه درشت برای افزایش سرعت جریان و توان این فرآیند است. حذف آرسنیک از آب آشامیدنی با استفاده از جاذب‌های اصلاح شده (زئولیت طبیعی) تهیه شده با استفاده از محلول های مختلف آهن صورت می‌گیرد. جذب آرسنیک توسط زئولیت مبدل آهن می‌تواند تا ۱۰۰ میلی‌گرم در کیلوگرم برسد.
ناحیه سطحی بالای سیستم زئولیت طبیعی اصلاح شده (کلینوپتیلولیت) اکسید آهن، کاتیون‌هایی مانند مس را از آب آشامیدنی حذف می‌کند. سطح کلینوپتیلولیت اصلاح شده تا ۵ برابر (از ۳۰ تا ۱۵۱ متر مربع در گرم) و حداکثر مقدار یون‌های مس جذب شده ۶/۱۳ میلی‌گرم در گرم زئولیت برای کلینوپتیلولیت طبیعی و ۵/۳۷ میلی‌گرم در گرم برای کلینوپتیلولیت اصلاح شده است.
علیرغم شواهد بسیار در مورد اثربخشی زئولیت‌ها در حذف آنیونها، بسیاری از آنها تا به امروز در مقیاس‌های بزرگ استفاده نشده‌اند.
غلظت بالایی از یون‌های فلوراید در آب‌های زیرزمینی تا بیش از ۳۰ میلی‌گرم در لیتر، بطور گسترده در ایالات متحده آمریکا، آفریقا و آسیا ایجاد می‌شود. بیش از ۲۶۰ میلیون نفر در سراسر جهان از آب آشامیدنی با میزان فلوراید > 1 میلی‌گرم در لیتر استفاده می‌کنند.
تکنیک‌های در دسترس برای از بین بردن آنیون‌های –F از آب آشامیدنی روش‌های غشایی، دیالیز، الکترودیالیز و در نهایت جذب است. زئولیت طبیعی از نوع کلینوپتیلولیت با محلول اسید نیتریک پیش از بارگذاری باAl3 ، La3 یا +۲ZrO پیش آماده‌سازی می‌شوند.
زئولیت‌های کم سیلیس با بار آلومینیوم به عنوان جاذب برای فلورایدها قادرند آب را به غلظت‌های زیر حداکثر غلظت مجاز ۱٫۵میلی‌گرم در لیتر برسانند. حداکثر جذب فلوراید در محدودهpH ۸-۴ است. غلظت‌های بالای نیترات در منابع آب آشامیدنی برای محیط زیست و سلامت عمومی خطرناک است.
بازده حذف یون های– NO3 با اصلاح نمونه‌های کلینوپتیلولیت با هگزا دسیل تری متیل آمونیوم یا برمید ستیل پیریدینیوم افزایش می‌یابد.
اب خاکستری آبی است که از حمام و شست وشو در خانه ایجاد می‌شود. آمونیوم یکی از مهم‌ترین آلاینده‌های آب خاکستری است. زئولیت‌های طبیعی و اصلاح شده برای تصفیه آنها مورد استفاده قرار می‌گیرند و بسته به زمان تماس، بارگیری زئولیت، غلظت اولیه آمونیوم و مقدار pH می‌توانند عملکرد خوبی تا حدود حذف ۹۷ درصد آمونیوم را داشته باشند.
شتابدهنده واتک، سعی دارد تا با ایجاد یک فضای فناورانه، آشنایی و بررسی زئولیت، مسیر توسعه را در راستای بهبود و ارتقا کیفیت آب و زندگی، هموار کند.
